1
Лабораторная работа № 2.
Определение скорости вращения Солнца, координат вспышек
и их связи с солнечными пятнами.
Цель: определить скорость вращения Солнца, координаты вспышек.
Краткая теория.
Вращение Солнца.
Солнце вращается вокруг своей оси примерно за 27 дней. Это вращение было
впервые обнаружено по движению солнечных пятен на фотосфере. В нашем
северном полушарии это движение происходит слева направо. Сторона
Солнца, где пятна появляются из-за края фотосферы называется восточной, а
сторона, где пятна заходят - западной.
Так как Солнце не твердое тело, а плазменный шар, то его вращение
происходит иначе, чем вращение Земли и планет. Экваториальные области
Солнца вращаются заметно быстрее полярных областей и совершают полный
оборот примерно за 24 дня, тогда как полярные области - более чем за 30.
Такой характер вращения называется дифференциальным.
Некоторые характеристики Солнца
Радиус (фотосфера) R = 696 000 км ~ 109 радиусов Земли
Масса М = 1.9891·1033 г ~ 333000 масс Земли
Средняя плотность 1.408 г/cм3 ~ 25.5% от ср. плотности Земли
Период вращения 25.38 суток на экваторе, ~ 36 суток у полюсов, линейная
скорость вращения на экваторе ~ 2 км/с
Ускорение силы тяжести 274.0 м/c2 ~ в 28 раз больше, чем на поверхности
Земли
Химический состав по массе 75% водорода и 25% гелия по количеству
атомов 92.1% водорода, 7.8% гелия и 0.1% остальных элементов
Примерный возраст 4.5·109 лет
Солнце состоит из раскаленных газов, которые все
время движутся и перемешиваются, и поэтому ничего
постоянного и неизменного на солнечной поверхности
нет. Самыми устойчивыми образованиями являются
солнечные пятна. Но и их вид изо дня в день меняется,
и они тоже, то появляются, то исчезают. В момент
появления солнечное пятно обычно имеет небольшие
размеры, оно может исчезнуть, но может и сильно
увеличиться.
2
Солнечные пятна это тёмные участки, образующиеся на поверхности
Солнца. Ошибочно полагать, что они не излучают яркий свет, однако по
сравнению с остальной фотосферой они действительно гораздо мрачнее. Их
основной характеристикой является пониженная температура. Таким
образом, солнечные пятна на Солнце холоднее примерно на 1500 Кельвинов,
чем другие окружающие их участки. По сути, они представляют собой те
самые области, сквозь которые магнитные поля выходят на поверхность.
Благодаря этому явлению можно говорить о таком процессе, как магнитная
активность. Соответственно, если пятен мало, то это именуется спокойным
периодом, а когда их много, то такой период будет называться активным.
Солнечные пятна являются областями, где магнитное поле Солнца
является очень активным и рождает сильные всплески излучения. Эти
вспышки, как правило, сопровождаются выбросами солнечной плазмы,
облака которой, достигая Земли, могут провоцировать магнитные бури.
Количество солнечных пятен зависит от солнечной активности . Их рост от
нуля до максимума (250 солнечных пятен и групп пятен) и уменьшение
обратно к нулю, называется солнечным циклом и длится в течение 11 лет. В
конце цикла магнитные поля меняют свою полярность.
В начале 11-летнего цикла пятна в небольшом количестве начинают
появляться на сравнительно высоких широтах (35 - 40 градусов), а за тем
постепенно зона пятнообразования спускается к экватору, до широты плюс
10 - минус 10 градусов, но на самом экваторе пятен, как правило, не бывает.
Вспышки на Солнце.
Одним из самых значительных проявлений солнечной активности являются
вспышки на Солнце. Сегодня это явление изучают ученые в десятках научно-
исследовательских центров и институтов, расположенных в разных уголках
мира. По какой причине на Солнце возникают вспышки, и какое влияние они
оказывают на нашу жизнь
Причины вспышек на Солнце. Скорость вращения разных частей этой
звезды отличается. Полюса движутся медленнее, а экватор – быстрее. В итоге
магнитное поле Солнца вместе с плазмой закручивается особым образом и до
такой степени усиливается, что начинает подниматься на его поверхность. В
этих местах повышается активность и появляются вспышки. Иными словами,
энергия вращения светила способна переходить в магнитную энергию. А в
3
тех местах, где высвобождается слишком много такой энергии, и возникают
вспышки. Слабые вспышки па Солнце бывают практически всегда, а боль-
шие — раз в несколько месяцев. Зато в годы максимума солнечной
активности большие солнечные вспышки происходят по нескольку раз в
месяц. Обычно небольшая вспышка длится 5— 10 минут; самые мощные —
несколько часов. За это время в околосолнечное пространство выбрасывается
облако плазмы массой до 10 млрд т и выделяется энергия, эквивалентная
взрыву десятков, а то и сотен миллионов водородных бомб! Однако
мощность даже самых больших вспышек не превышает сотых долей
процента от мощности полного излучения Солнца. Поэтому при вспышке не
происходит заметного увеличения светимости нашего дневного светила.
Учеными выделено пять классов этой солнечной активности: А, В, С, М и
Х. В зависимости от класса, количества выброшенной энергии и скорости
этим категориям приписывают соответствующее числовое значение.
Например, наиболее мощная вспышка на Солнце была зафиксирована
астрономами в ноябре 2003 года. Ей был присвоен класс Х28. Во время этого
процесса были повреждены датчики на одном из спутников NASA.
Во время вспышки класса Х на нашей
планете могут наблюдаться помехи в
радиосигналах и спутниковых трансляциях.
Кроме этого, несколько дней могут
продолжаться магнитные бури. Мощная
вспышка на Солнце При вспышках М-
класса наблюдаются слабые магнитные
бури, а также перебои в сигналах,
преимущественно в полярных районах. Все
остальные вспышки не наносят существенного вреда нашей планете и
заметны лишь в атмосфере Земли.
Что же такое солнечная вспышка? Если сказать коротко, это сильнейший
взрыв на Солнце, в результате которого быстро высвобождается колоссаль-
ное количество энергии, накопившейся в ограниченном объеме солнечной
атмосферы. Физические процессы, приводящие к возникновению солнечных
вспышек, очень сложны и еще мало изучены. Однако сам факт появления
солнечных вспышек почти исключительно в больших группах пятен
свидетельствует о родственных связях вспышек с сильными магнитными
полями на Солнце. И вспышка - это, по-видимому, не что иное, как
грандиознейший взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы
под давлением сильного магнитного поля. Именно энергия магнитных полей,
каким-то образом освобождаясь, порождает солнечную вспышку.
Определение гелиографических координат солнечных пятен.
4
Ценность ваших наблюдений Солнца резко повысится, если вы сможете
определять гелиографические координаты зарисованных деталей солнечной
поверхности. С их помощью, например, вы сможете проанализировать
распределение по широте и долготе мест возникновения солнечных пятен,
поведение групп пятен по мере их развития и взаимодействия, опознать
долгоживущие пятна.
Гелиографические координаты, две сферические координаты, определяю-
щие положение деталей на видимой поверхности Солнца: гелиографическая
широта B и гелиографическая долгота L. Гелиографическая широта угло-
вое расстояние точки от солнечного экватора (плоскость которого перпенди-
кулярна оси вращения Солнца). Широта, отсчитываемая к северу от экватора,
считается положительной, к югу отрицательной. Гелиографическая долго-
та угол между плоскостью данного меридиана Солнца и плоскостью неко-
торого условного начального меридиана.
Для определения гелиографических координат используют
гелиографическую сетку.
Определить широту и расстояние от центрального меридиана каждого
пятна теперь не представляет большого труда. Надо только правильно
отсчитать градусы. Обычно круги широты и долготы на сетках проведены
через 200 . Между этими линиями необходимое число градусов надо найти
интерполяцией.
Координатная сетка на зарисовке диска Солнца.
Порядок выполнения работы.
5
Задание № 1. Определение скорости вращения Солнца.
Для определения скорости вращения Солнца воспользуемся фотографиями
Солнца в разные моменты времени.
Чтобы определить скорость υ вращения Солнца, необходимо путь S
разделить на промежуток времени Δt:
S
t
=
(1)
На графике показано как определяется пройденный путь пятнами по
координатам положения пятен в разное время
𝛥
22
S x y= +
(2)
Определите координаты X и Y всех пяти солнечных пятен (1,2,3,4,5).
Данные занести в таблицу
6
Номер
пятна
X1,
о.е.
X2,
о.е.
Y1,
о.е.
Y2,
о.е.
ΔX,
о.е.
ΔY,
о.е.
ΔS,
о.е.
S, км
υ, км/с
1
2
3
4
5
Координаты X , Y и расстояние ΔS по фотографиям определяется в
относительных единицах (о.е.). Чтобы выразить расстояние S в
километрах нужно: S = ΔS·k (3), где k коэффициент
пропорциональности.
(4), R радиус Солнца, d диаметр Солнца в относительных
единицах на рисунке.
Сравните скорости и сделайте вывод.
Вывод:
Задание № 2. Определение координат солнечных пятен.
Гелиографические координаты, определяющие положение пятен на видимой
поверхности Солнца: гелиографическая широта B и гелиографическая дол-
гота L. Широта, отсчитываемая к северу от экватора, считается положитель-
ной, к югу отрицательной. Гелиографическая долгота угол между плос-
костью данного меридиана Солнца и плоскостью некоторого условного на-
чального меридиана.
Пример. На рисунке гелиографическая широта B и гелиографическая долго-
та L для пятна 1 будут равны: В = - 360, L = 1070.
7
Определить координаты 5 пятен, выбранных на фотографии произвольно и
результаты занести в таблицу.
широта B,
градусов
долгота L,
градусов
1
2
3
4
5
Контрольные вопросы.
1. Вращение Солнца вокруг своей оси.
2. Солнечные пятна и связь их солнечной активностью.
3. Что такое солнечная вспышка?
4. Гелиографические координаты солнечных пятен.
5. Методика определения скорости вращения Солнца.
6. Определение гелиографических координат солнечных пятен.